引言在日常生活中，我們是否經(jīng)常會觀察到一些常見的現(xiàn)象，并對它們產(chǎn)生好奇？比如，為什么密度大于水的鋼針能浮在水面上？為什么一杯水的杯壁并不直接垂直于水平面，而是有一個過渡的彎曲液面？為什么在裝滿水的杯口再加點(diǎn)水，水不會立即溢出？為什么下雨后蜘蛛網(wǎng)會留下一串串晶瑩的水珠？為什么下雨時雨滴會粘在車窗上，不容易滾落？為什么荷葉和芋頭葉不會被淋濕，不沾泥土？為什么樹林里的蟬在雨天可以自由飛翔，翅膀不會淋濕？為什么水黽、水蜘蛛等小動物可以在水面上自由行走、奔跑、跳躍？為什么蚊子可以在水面產(chǎn)卵，而不會被水扎??？為什么洪水來臨時貝語網(wǎng)校，螞蟻會聚集在一起，安全渡過洪災(zāi)？ ...你知道嗎，所有這些新奇現(xiàn)象都與毛細(xì)現(xiàn)象和潤濕現(xiàn)象息息相關(guān)，而它們都涉及一個關(guān)鍵詞高中物理的浸潤現(xiàn)象有，即液體的“表面張力”。表面張力是如何產(chǎn)生的呢？簡單來說，液體與空氣接觸的表面（或“界面”）與液體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有很大不同。這層表面就像是鋪在液體上的一層薄膜，從而產(chǎn)生了使表面積最小化的表面張力。當(dāng)物體的尺寸縮小到一定程度時，它所受到的重力等與體積有關(guān)的力與表面張力相比就微不足道了，此時表面張力的影響就會凸顯出來。
在這個尺度上，表面張力常常能引發(fā)許多作用非常微弱的奇異物理現(xiàn)象。這一特性不同于傳統(tǒng)意義上的壓力、支撐力、電磁力等力，所以我們常常稱之為“非經(jīng)典力”。從日常生活到自然界，再到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，毛細(xì)現(xiàn)象和表面潤濕行為真是無處不在。通過深入研究揭示表面張力的作用機(jī)理，對于我們理解和掌握這些潤濕現(xiàn)象至關(guān)重要，可以為新型結(jié)構(gòu)和材料的仿生設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。事實(shí)上，自然界中各種毛細(xì)和潤濕現(xiàn)象激發(fā)了人類的靈感，讓我們“師法自然”，進(jìn)而模仿和制造出許多新產(chǎn)品，從而催生了“表面仿生”這門前沿交叉學(xué)科。通過研究毛細(xì)和潤濕現(xiàn)象，我們可以合理配置農(nóng)藥和涂料高中物理的浸潤現(xiàn)象有，合理進(jìn)行礦物浮選，制備無水無油材料，研制微型船舶，合理設(shè)計微機(jī)電系統(tǒng)部件，通過表面活性劑進(jìn)行化學(xué)驅(qū)油等。 本書的一個重要特點(diǎn)是摒棄了復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和方程式，只用一些必要的簡單公式來輔助讀者理解，其目的是用通俗易懂的語言來解釋相對復(fù)雜的物理現(xiàn)象的機(jī)理。我們相信高中以上文化程度的讀者可以毫無障礙地閱讀本書。此外，本書也可作為固體力學(xué)、物理學(xué)、仿生學(xué)、微納材料等領(lǐng)域研究人員的研究材料。由于本人水平有限，文中錯誤之處在所難免，希望讀者批評指正，提出寶貴建議。
在本書寫作過程中，研究生孫靜、左平成、曹高峰、李善鵬、龔玉龍等人收集了相關(guān)資料，在此特別致謝。本書手稿的完成也得益于作者在清華大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間在余守文教授和馮錫橋教授的指導(dǎo)下的知識積累和科學(xué)訓(xùn)練，特此表示感謝。本書由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“自然魔術(shù)師：神奇的表面張力（）”資助，在此感謝國家自然科學(xué)基金的支持。
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